طراحي و شبيه‌سازي جداساز، جفتگر پهن باند و شبكه عصبي بازپيكربندي پذير مبتني بر گرافن

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مخابرات

كارشناسي ارشد

گرافن، به‌عنوان يكي از برجسته‌ترين مواد دوبعدي معرفي‌شده در دهه‌هاي اخير، نقش تعيين‌كننده‌اي در پيشبرد ساختارهاي فوتونيكي و موجبري داشته است. ويژگي‌هايي نظير رسانندگي مختلط قابل تنظيم از طريق تغيير پتانسيل شيميايي، اتلاف پايين در ناحيه تراهرتز و امكان بروز ناهمسانگردي تحت اعمال ميدان مغناطيسي، اين ماده را به گزينه‌اي ممتاز براي طراحي افزاره‌ها نوري پيشرفته و فشرده بدل كرده است. استفاده از گرافن در ساختارهاي موجبري، علاوه بر كاهش ابعاد و افزايش تمركز ميدان نسبت به فلزات نجيب، امكان ساخت افزاره‌هايي با كارايي بالا و مناسب براي فوتونيك مجتمع آينده را فراهم مي‌سازد. در اين پژوهش، ابتدا يك جداساز نوري پهن‌باند مبتني بر گرافن طراحي و شبيه‌سازي شده است. اساس عملكرد اين جداساز بر بهره‌گيري از خاصيت ناهم‌پاسخي گرافن تحت ميدان مغناطيسي و اعمال آن بر يك قرص تشديدگر است. اين ساختار موجب چرخش توزيع ميدان در فركانس كاري شده و رفتار انتقالي كاملاً نامتقارن ايجاد مي‌كند. نتايج به‌دست‌آمده نشان مي‌دهد كه طرح پيشنهادي از پهناي باند بالا، تلفات كم و قابليت پياده سازي در فركانس‌هاي ديگر برخوردار بوده و نسبت به ساختارهاي معمول مبتني بر مواد مغناطيسي پرحجم، مزيت‌ دارد. در ادامه، يك جفتگر جهت‌دار پهن‌باند ارائه شده است كه در آن با بهره‌گيري از الگوريتم‌هاي بهينه‌سازي، توزيع بهينه پتانسيل شيميايي در نوار گرافني مياني تعيين شده است. اين روش امكان دستيابي به طيفي از ضرايب جفت‌شدگي مختلف، بدون نياز به تغيير هندسي ساختار و همچنين يكپارچه‌سازي آسان آن در مدارهاي فوتونيكي مجتمع را فراهم مي‌آورد. محاسبات نوري، به دليل مزايايي نظير امكان پردازش موازي، اتصالات داخلي گسترده، سرعت قابل توجه و توان مصرفي پايين، به يكي از حوزه‌هاي نوظهور و پرطرفدار در فناوري‌هاي پردازش اطلاعات تبديل شده است. از اين‌رو، پياده‌سازي شبكه‌هاي عصبي با سازوكارهاي فوتونيكي مورد توجه بسياري قرار گرفته است. در فصل پاياني اين پژوهش، يك شبكه عصبي نوري مبتني بر گرافن معرفي و طراحي شده است كه در آن از قابليت تنظيم‌پذيري ضريب شكست مؤثر با تغيير پتانسيل شيميايي براي پياده‌سازي وزن‌ها و عملكرد نوروني استفاده مي‌شود. اين شبكه قادر است بدون تغيير در هندسه فيزيكي و تنها با اعمال نيمرخ‌هاي متفاوت پتانسيل شيميايي به فرااتم‌ها، مجموعه‌اي متنوع از عملكردهاي نوروني را براي اهداف مختلف ايجاد كند. نتايج نشان مي‌دهد كه چنين ساختاري مي‌تواند مبنايي نوين براي پردازش اطلاعات در بستر فوتونيكي فراهم سازد. اهميت اين پژوهش در آن است كه دو حوزه كليدي و پيشرو در فوتونيك—يعني افزاره‌ها موجبري پهن‌باند و شبكه‌هاي عصبي نوري—به‌صورت يكپارچه و مبتني بر گرافن طراحي شده‌اند. اين ماده، به‌دليل ابعاد نانومتري، قابليت تنظيم‌پذيري و امكان مجتمع‌سازي، به‌عنوان يكي از اصلي‌ترين ستون‌هاي نسل آينده افزاره‌ها‌ي فوتونيكي شناخته مي‌شود. دستاوردهاي اين پروژه مي‌تواند مسير توسعه سامانه‌هاي نوري تراهرتز، پردازش سيگنال‌هاي پرسرعت و محاسبات نوري را هموار كرده و گامي اساسي در جهت تحقق فوتونيكي مجتمع با قابليت تنظيم‌پذيري پيشرفته باشد.

236933

ميدان و موج

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان